路基路面课程设计

嘉应学院土木工程学院

《路基路面工程》

课程设计

姓 名: 专 业: 学 号: 日 期: 指导教师:

一、重力式挡土墙设计

1.设计参数

（1）浆砌片石重力式仰斜路堤墙，墙顶填土边坡1:1.5，墙身纵向分段长度为10m；路基宽度26m，路肩宽度3.0m；

（2）基底倾斜角?0：tan?0＝0.190，取汽车荷载边缘距路肩边缘d=0.5m；

（3）设计车辆荷载标准值按公路－I级汽车荷载采用，即相当于汽车?超20级、挂车?120（验算荷载）；

（4）墙后填料砂性土容重?=18kN/m3,填料与墙背的外摩擦角

?=18.5o；粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数μ=0.30，地基容许

承载力[?0]=250kPa；

（5）墙身采用2.5号砂浆砌25号片石，圬工容重?k=22kN/m3，容许压应力[?a]?600 kPa，容许剪应力[?]?[?j]?100 kPa，容许拉应力

[?L]?60 kPa

（6）墙后砂性土填料的内摩擦角??37o，墙面与墙背平行，墙背仰斜坡度1:0.27（=15o10?），墙高H=5m，墙顶填土高a=4m。

2.破裂棱体位置确定 （1）破裂角（?）的计算

假设破裂面交于荷载范围内，则有：

??a??????15o10??18o30??37o?40o20?

因为??90o

B0?111ab?(b?d)h0?H(H?2a?2h0)tana?0?(0?0)h0?H(H?2h0)tana2221??H(H?2h0)tana2A0?11(a?H?2h0)(a?H)?H(H?2h0) 22

根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部时破裂角的计算公式：

tan???tan??(cot??tan?)(B0?tan?)?0.711 A0??35o25?

（2）验算破裂面是否交于荷载范围内

破裂砌体长度：L0?H(tan??tana)?5?(0.711?0.27)?2..21m 车辆荷载分布宽度：L?Nb?(N?1)m?d?2?1.8?1.3?0.6?3.5m 所以L0?L，即破裂面交于荷载范围内，符合设计。

3.荷载当量土柱高度计算

墙高5m，按墙高确定附加荷载强度进行计算。按照线性内插法，计算附加荷载强度：h0?

4.土压力计算

11(a?H?2h0)(a?H)?(0?5?2?0.78)(0?5)?16.4 2211B0?ab?(b?d)h0?H(H?2a?2h0)tana

221?0?0??5?(5?0?2?0.78)?tan(?15o10?)?4.43

2A0?q??14?0.78m 18根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部压力计算公式

Ea??(A0tan??B0)cos(???)

sin(???)cos(35o25??37o)?18.0?(16.4?0.711?4.43)??40.61kN oo??sin(3525?4020)Ex?Eacos(a??)?40.61?cos(?15o10??18o30?)?40.54kN

Ey?Easin(a??)?40.61?sin(?15o07??18o30?)?2.36kN

5.土压力作用点位置计算

K1?1?2h0/H?1?2?0.78/5?1.312

Zx1?H/3?h0/(3K1)?5/3?0.78/(3?1.312)?1.865m

6.土压力对墙趾力臂计算 基地倾斜，土压力对墙趾力臂

Zx?Zx1?b1tan?0?1.865?1.7?0.190?1.542mZy?by1?Zxtan??1.7?1.542?tan(?15o10?)?2.12m

7．稳定性验算 （1）抗滑动稳定性验算 墙身体积计算：

V1?b1(H?b1tan?0)?1.7?(5?1.7?0.190)?7.95m3

V2?0.5b1tan?0?0.5?1.72?0.190?0.27m3 V?V1?V2?7.95?0.27?8.22m3

2墙身自重计算:

G1?V1?k?7.95?22?174.9kN， G2?V2?k?0.27?22?5.94kN， G?G1?G2?174.9?5.94?180.84kN

抗滑稳定性验算：

?1.1G??Q1(Ey?Extan?0)??(1.1G??Q1Ey)tan?0??Q1Ex???1.1?180.84?1.4?(2.36?40.54?0.190)??0.3?(1.1?180.84?1.40?2.36)?0.190?1.4?40.54?44.36＞0 墙身自重力臂计算：

ZG1?0.5[(H?b1tan?0)?n?b1]?0.5???5?1.7?0.190??0.27?1.7??1.48

1??ZG2?[1/2?1/3(1/2?tan?tan?0)]b1??0.5?(0.5?0.0513)??1.7?1.16

3??(G1ZG1?G2ZG2)?174.9?1.48?5.94?1.16???1.47G180.84

ZG?N?G1?G2?Ey?174.9?5.94?2.36?183.2kN

抗滑稳定系数:

KC?[N?Extan?0]??183.2?40.54?0.190??0.3??9.99＞1.3

Ex?Ntan?040.54?183.2?0.190满足要求。

（2）抗倾覆稳定性验算

0.8GZG??Q1(EyZy?ExZx)?0.8?180.84?1.47?1.4?(2.36?2.12?40.54?1.54)?132.27＞0

抗倾覆稳定系数:

K0?G1ZG1?G2ZG2?EyZyExZx?174.9?1.48?5.94?1.16?2.36?2.12?4.34?1.540.54?1.54 满足要求。

（3）基底合力偏心距验算

N

至墙趾A的距离

G1ZG1?G2ZG2?EyZy?ExZxZN?N174.9?1.48?5.94?1.16?2.36?2.12?40.54?1.54 ?183.2?1.13mB1.62?ZN??1.13?0.32 22基底合力偏心距e0?

（4）地基承载力验算

?1?6eN183.26?0.32(1?0)??(1?)?247.11kPa＜??0??250kPa BB1.621.62?2?6eN183.2?6?0.32?(1?0)???1????20.94kPa＜??0??250kPa BB1.62?1.62?满足要求。

一、 沥青路面设计

1.设计参数

广东某地区地区（IV7区）某新建双向4车道一级公路，拟采用沥青混凝土路面，路基土为高液限粘土，地下水位为－1m，路基填土高度1.2m，预计通车初每日双向混合交通量组成及交通量如下表：

汽车车型 解放CA10B 黄河JN150 长征CZ160 东风SP9250 北京BJ130 上海SH130 小汽车 日交通量（辆/d） 1137 720 337 350 1037 137 100 预计年平均交通量增长率为7％；沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。

2.确定路面等级和面层类型 （1）轴载分析

路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载

当以设计弯沉为指标及验算沥青层层底拉应力时各级轴载换算

?pi?N??C1C2ni??p??i?1??采用

k4.35计算（小于25的轴载不计），计算结果下列

表所示：

轴载换算结果汇总表（以弯沉为标准时） 车型 C?C?n??P/P?Pi(kN) C1 C2 ni次/日?1 12?11i/(次?日)''??4.35 解放 前轴 19.40 CA10B 后轴 60.85 黄河 前轴 49.00 / 1 / 1 1137 1137 720 720 337 337 350 350 1037 1037 137 137 100 / 131.01 206.95 771.47 68.18 341.91 116.69 1325.53 / 23.03 / / / 2948.77 1 6.4 1 JN150 后轴 101.60 1 长征 前轴 45.20 1 6.4 CZ160 后轴 83.70 2.2 1 东风 前轴 50.70 1 6.4 SP9250 后轴 113.30 2.2 1 北京 前轴 13.55 BJ130 后轴 27.20 上海 前轴 16.50 SH130 后轴 23.00 小汽车 k/ / 1 6.4 / / / / / / 4.35/ 合计：N1??C1?C2?n1??Pi/P?i?1 一级公路沥青路面的设计年限为15年，双向四车道的车道系数

??0.45则设计使用期累计当量轴次为：

Ne??1????1??365?N?????1?0.07??t?1?1?365?2948.77?0.45?12170877次0.07

15?

当验算半刚性基层层底拉应力时：各级轴载（轴载小于50KN的不计）

车型 Pi(kN) C1 C2 ni次/日?1 C1?C2?n1??Pi/P?/(次?日?1) ''8??解放 前轴 19.40 CA10B 后轴 60.85 黄河 前轴 49.00 / 1 / / 1 / 1 / 1137 1137 720 720 337 337 350 350 1037 1037 137 137 100 8/ 21.37 / 817.49 / 382.90 9.78 2090.88 / / / / / 3322.42 JN150 后轴 101.60 1 长征 前轴 45.20 / CZ160 后轴 83.70 2.2 1 东风 前轴 50.70 1 6.4 SP9250 后轴 113.30 2.2 1 北京 前轴 13.55 BJ130 后轴 27.20 上海 前轴 16.50 SH130 后轴 23.00 小汽车 k/ / / / / / / / / / / 合计：N1??C1?C2?n1??Pi/P?i?1 则用半刚性基层层底拉应力验算的累计当量轴次为：

Ne??1????1??365?N???13713095?次t?1

(2) 确定路面等级和面层类型

根据“沥规”并结合上面的计算，确定路面等级为高级路面；面层类型为沥青混凝土。

3.确定土基的回弹模量

（1）确定路基的干湿类型：该路处于IV7区，路槽底距地下水位高度平均为1m+1.2m=2.2m，查表可知此高度高于H1,属于干燥路基。 （2）确定路基的平均稠度?：查表可知路基平均稠度介于?c1?1.03?和?c0?1.20?之间，取??1.1。

（3）查表可得土基的回弹模量E0?40MPa。

4.路面结构组合设计 （1）拟定路面结构组合方案

经计算，路基设计使用年限内一个车道上累计标准轴载次为

596.7?104次左右，查表可得路面为高级路面，面层宜选择沥青混凝土，

又由于该路为一级公路，因此采用双层式结构。

（2）拟定路面结构层的厚度

表面层采用4cm厚细粒式密集配沥青混凝土，下面层采用6cm厚粗粒式密集配沥青混凝土。由于沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应，基层和底基层分别采用刚度较高、水稳定性好的石灰粉煤灰稳定碎石基层（厚20cm）和石灰稳定土底基层（厚度待计算确定）。

（3）各层材料设计参数

土基及路面材料的回弹模量及各强度值列于下表中

抗压回弹模（MPa） ??材料名称 细粒试沥青混泥土 中粒试沥青混泥土 粗粒试沥青混泥土 两灰碎石 石灰土 20C 15C 劈裂强度（MPa） 1400 2000 1.4 1200 1800 1 1000 1400 0.8 0.65 0.225 1500 550 土基 27 －

5.根据设计弯沉值计算路面厚度 （1） 计算设计弯沉值

一级公路，取Ac?1.0，面层为沥青混凝土，取As?1.0，半刚性基层、底基层总厚度大于20cm,取Ab?1.0。

设计弯沉：

Ld?600?Ne?0.2?0.2?Ac?As?Ab?600?5967456?1.0?1.0?1.0?26.48

计算各层材料的容许层底拉应力：

?R??sp/Ks

细粒式密集配沥青混凝土：

Ks?0.09?Aa?Ne0.220.22/Ac?0.09?1.0?5967456/1.0?2.79

?R??sp/Ks?1.4/2.79?0.5MPa

中粒式密集配沥青混凝土：

Ks?0.09?Aa?Ne0.220.22/Ac?0.09?1.0?5967456/1.0?2.79

?R??sp/Ks?1/2.79?0.36MPa

粗粒式密集配沥青混凝土：

Ks?0.09?Aa?Ne0.220.22/Ac?0.09?1.1?5967456/1.0?3.08MPa

?R??sp/Ks?0.8/3.08?0.26MPa

两灰碎石：

Ks?0.35?Ne0.110.11/Ac?0.35?5967456/1.0?1.91MPa

?R??sp/Ks?0.65/1.91?0.34MPa

石灰土：

Ks?0.45?Ne0.110.11/Ac?0.45?5967456/1.1?2.5MPa

?R??sp/Ks?0.225/2.5?0.09MPa

设计参数汇总表

20℃抗压模量（MPa） 15℃抗压模量（MPa） 容许拉应力(MPa) 材料名称 厚度（cm） 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 两灰碎石 石灰土 4 1400 2000 0.5 5 1200 1800 0.36 6 1000 1400 0.26 22 23 1500 550 0.34 0.09 土基 - 34 -

采用HPDS2003A公路路面设计程序计算结果： 公路等级:一级公路 新建路面的层数：5 标准轴载:BZZ-100

路面设计弯沉值:26.5(0.01mm) 路面设计层层位:5 设计层最小厚度:15cm

按设计弯沉值计算设计层厚度: LD= 26.5 (0.01mm)

H( 5 )= 20 cm LS= 27.8 (0.01mm) H( 5 )= 25 cm LS= 25.5 (0.01mm) H( 5 )= 22.8 cm(仅考虑弯沉)

按容许拉应力验算设计层厚度:

H( 5 )= 22.8 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 22.8 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 22.8 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)

H( 5 )= 22.8 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 22.8 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求)

（2）路面设计层厚度 : H( 5 )= 22.8 cm(仅考虑弯沉)

H( 5 )= 22.8 cm(同时考虑弯沉和拉应力)

通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下: --------------------------------------- 细粒式沥青混凝土 4 cm --------------------------------------- 粗粒式沥青混凝土 6 cm --------------------------------------- 石灰粉煤灰碎石 22cm --------------------------------------- 石灰土 23cm --------------------------------------- 土基

三、水泥混凝土路面设计

1.设计参数

广州郊区（IV7区）某新建双向2车道二级公路，拟采用水泥混凝土路面，行车道宽度为9m。路基土为中液限粘土，地下水位为－0.7m，路基填土高度0.6m，预计通车初每日双向混合交通量组成及交通量如下表：

汽车车型 解放CA10B 黄河JN150 长征CZ160 东风SP9250 北京BJ130 上海SH130 日交通量（辆/d） 437 737 637 350 1037 837 预计年平均交通量增长率为7％；沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。

2. 可靠度设计标准及变异系数范围、可靠度系数的选用

公路技术等级 安全等级 设计基准期（a） 一级公路 二级 30 目标可靠度（%） 目标可靠指标 变异水平等级 可靠度系数 90 1.28 低-中 1.16

3. 标准轴载作用次数的换算

计算设计使用年限内的标准轴载累计作用次数Ne，轴载换算的计算公式为：

?p?Ns???iNi?i??100? i?1

n16轴载换算结果表

车型 Pi(kN) 轴型 轴-轮型系数?1 ni次/日?1?? 解放 前轴 19.40 单轴单轮 2.22?103pi?0.43 CA10B 后轴 60.85 单轴双轮 1 黄河 前轴 49.00 单轴单轮 2.22?103pi?0.43 JN150 后轴 101.60 单轴双轮 1 长征 前轴 45.20 单轴单轮 2.22?103pi?0.43 437 437 737 737 637 ?0.22CZ160 后轴 83.70 双轴双轮 1.07?10?5Pi 637 东风 前轴 50.70 单轴单轮 2.22?103pi?0.43 350 ?0.22SP9250 后轴 113.30 双轴双轮 1.07?10?5Pi 350 北京 前轴 13.55 单轴单轮 2.22?103pi?0.43 BJ130 后轴 27.20 单轴双轮 1 上海 前轴 16.50 单轴单轮 2.22?103pi?0.43 SH130 后轴 23.00 单轴双轮 1

1037 1037 837 837 按规范查表得：交通等级为重，水泥混凝土路面的设计基准期为30年，安全等级为二级，临界荷载处的车轮轮迹横向分布系数

?=0.22。

设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为：

Ne?Ns?1????1?365t???1053.86?1?0.085??1?365???0.22? 10511666次

0.08530??属于重交通等级

普通混凝土设计弯拉强度fr（MPa） 钢纤维混凝土设计弯拉强度fr（MPa）

4.确定土基的回弹模量

（1）确定路基的干湿类型：该路处于IV7区，路槽底距地下水位高度平均为0.7m+0.6m=1.3m，查表可知此高度在H2范围内,属于中湿路基。

5.0 6.0

（2）确定路基的平均稠度?：查表可知路基平均稠度介于?c1(1.03)和?c1(0.94)之间，取??1。

（3）查表可得土基的回弹模量E0?34.5MPa

5. 结构组合设计 （1）选择面层类型及厚度

查表得相应于安全等级二级的变异水平为中级。查表得初拟普通混凝土面层厚度为0.24m；排水基层选用多孔隙水泥碎石，厚0.12m。底基层采用水泥稳定粒料，厚0.2m；垫层为0.15m石灰粉煤灰土，普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m，长5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。

（2）路肩及路面排水设计

路肩采用混凝土面层，其厚度与行车道面层相同，集成宽度与路基宽度相同。行车道路面设置为双向横坡，坡度为1%--2%，路肩辅面的横向坡度值宜比行车道路面的横坡值大1%—2%

（3）路面材料参数确定

混凝土弯拉强度 5 MPa

混凝土弯拉模量 31000 MPa

混凝土面层板长度 5 m 地区公路自然区划 IV7

面层最大温度梯度 92 ℃/m 接缝应力折减系数 0.87 使用HPDS2003A计算得：

层位 基（垫）层材料名称 厚度(mm) 回弹模量(MPa) 1 多孔隙水泥碎石 120 1500 2 水泥稳定粒料 200 1300 3 石灰粉煤灰土 150 600 4 土基

基层顶面当量回弹模量：Et?254.5MPa 普通混凝土面层的相对刚度半径：r=0 .639m

标准荷载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：?psm?1.02MPa

考虑到接缝间的不同状态其传荷能力不同，因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数Kr=0.87。考虑设计基准期内荷载

0.057应力累计疲劳作用的疲劳应力系数Kf?Nev?10511666。根据公路等

级，查上表，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数

Kc?1.25。

荷载疲劳应力计算为：

?pr?krkfkc?ps?0.87?2.49?1.25?1.02?2.77MPa

查表得，IV区最大温度梯度取92C/m，板长5m， lr?50.639?7.8，由图可查得普通混凝土板厚0.24m，温度应力系数Bx?0.65。 最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力?tm?2.22MPa 温度疲劳应力系数kt?0.52 计算温度疲劳应力?tr?1.15MPa

按规范查表得，一级公路的安全等级为二级，相对于的变异水平等级为中级，目标可靠度为90%，根据目标可靠度和变异水平等级，查上表确定可靠度系数?r?1.16。

?r??pr??tr??1.16??2.77?1.15??4.55Mpa?fr?5.0MPa

因而，所选普通混凝土面层厚度（0.24m）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。

最后得到路面结构设计结果如下:

--------------------------------------- 普通混凝土面层 240 mm --------------------------------------- 多孔隙水泥碎石 120 mm --------------------------------------- 水泥稳定粒料 200 mm --------------------------------------- 石灰粉煤灰土 150 mm --------------------------------------- 土基

6.收缩缝 见图1-1。

7.混凝土面层钢筋布置 见图1-1。

四．课程设计参考资料

（1）中华人民共和国行业标准. 公路路基设计规范（JTG D30－2004）.北京：人民交通出版社，2004

（2）中华人民共和国行业标准. 公路沥青路面设计规范（JTG D50－2006）.北京：人民交通出版社，2006

（3）中华人民共和国行业标准. 公路水泥混凝土路面设计规范 （JTG D40－2002）.北京：人民交通出版社，2002

（4）中华人民共和国行业标准. 公路工程技术标准(JTG B01-2003). 北京：人民交通出版社，2003

（5）邓学钧.路基路面工程. 北京：人民交通出版社，2000 （6）郭兰英.路基路面工程. 北京：化学工业出版社，2012

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ln1o.html